Vue d’artiste des ondes gravitationnelles générées par les étoiles à neutrons binaires. Crédit : R. Hurt/Caltech-JPL
Des étoiles à neutrons binaires ont été détectées dans le voie Lactée sous forme de pulsars millisecondes et deux fois à l’extérieur de la galaxie par émission d’ondes gravitationnelles. La plupart d’entre eux ont des périodes orbitales de moins d’un jour, une différence contrastée par rapport à leurs ancêtres : des binaires stellaires massifs qui ont des périodes orbitales de centaines ou de milliers de jours. Au cours des dernières décennies, il y a eu beaucoup de débats sur l’explication de la transition des binaires massifs vers des objets doublement compacts. À ce jour, l’un des principaux prétendants à l’explication de cette transition est l’étape hautement complexe de l’évolution stellaire binaire connue sous le nom de phase d’enveloppe commune.
La phase d’enveloppe commune est un résultat particulier d’un épisode de transfert de masse. Cela commence par le débordement du lobe de Roche d’au moins une des étoiles et est provoqué par une instabilité dynamique. Dans une version simple, l’enveloppe stellaire de l’étoile à transfert de masse – le donneur – gonfle et engloutit tout le binaire, créant un nouveau système composé d’un binaire compact interne et d’une enveloppe «commune» partagée. L’interaction du binaire interne avec l’enveloppe commune entraîne une traînée et l’énergie gravitationnelle dissipée est transférée sur l’enveloppe commune, ce qui peut entraîner son éjection. Une éjection réussie suggère qu’un binaire compact peut se former. Mais que signifie une « éjection réussie » ?
Illustration d’étoiles à neutrons binaires. Crédit : Carl Knox, Université OzGrav-Swinburne
Pour explorer la phase d’enveloppe commune avec des modèles hydrodynamiques tridimensionnels, nous avons tenté d’aborder les résultats probables de l’évolution de l’enveloppe commune en considérant la réponse d’un modèle stellaire unidimensionnel au retrait de l’enveloppe. Dans une étude récente, nous nous sommes concentrés sur le scénario de phase d’enveloppe commune d’une étoile donneuse avec un étoile à neutrons un compagnon. Nous avons émulé la phase d’enveloppe commune en supprimant l’enveloppe de l’étoile donneuse, partiellement ou complètement. Une fois l’étoile dépouillée, nous avons suivi son évolution radiale. Les scénarios les plus extrêmes ont abouti comme prévu : si vous supprimez toute l’enveloppe, l’étoile dénudée reste compacte. Alternativement, si vous laissez la majeure partie de l’enveloppe, l’étoile dénudée se dilate par la suite beaucoup. La question est : que se passe-t-il entre les cas extrêmes ?
Nos recherches montrent que lorsque la majeure partie de l’enveloppe, mais pas la totalité, est retirée, l’étoile connaît une courte phase de contraction marginale (
Cette recherche est un pas en avant dans la compréhension de la phase d’enveloppe commune et la formation de binaires d’étoiles à neutrons doubles. Nos résultats impliquent qu’une étoile peut être dénudée sans subir de débordement du lobe de Roche immédiatement après l’enveloppe commune, une condition probable pour une éjection réussie de l’enveloppe. Cela suggère également que les étoiles dépouillées conservent à leur surface quelques masses solaires d’un matériau particulier pauvre en hydrogène. Si cette quantité d’hydrogène n’est pas excessive, elle peut être observable dans le spectre d’une étoile et peut jouer un rôle en fin de vie lorsqu’elle explose en supernova. Alors que la pleine compréhension de la phase d’enveloppe commune reste insaisissable, nous relions les points de l’évolution et du destin des systèmes qui ont connu un événement d’enveloppe commune.
Écrit par le chercheur d’OzGrav Alejandro Vigna-Gómez de l’Institut Niels Bohr (Université de Copenhague).
